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Gumbel极值分布简析

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:极值分布也存在多种形式,Gumbel分布是最常用的一种。Gumbel分布通常用来模拟一组符合某一分布的样本值的极值分布,因此又称作极值分布。Gumbel分布可以用来预测极端地震、洪水或其他自然灾害的发生概率。c<0时,s有下边界;c>0时,s有上边界;当c趋近于0时,便得到Gumbel分布。经验表明,用Gumbel分布拟合年风速最大值数据符合实用目的。但是当数据点较少时,存在过度拟合的风险,因此可能给出比Gumbel分布更差的拟合结果。

Gumbel极值分布简析

极值分布是研究极端情况的发生概率的统计学方法。极端事件与普通事件有着明显的差别,并独自遵循特定的概率分布形式。极值分布也存在多种形式,Gumbel分布是最常用的一种。Gumbel分布通常用来模拟一组符合某一分布的样本值的极值分布,因此又称作极值分布。Gumbel分布可以用来预测极端地震洪水或其他自然灾害的发生概率。

假设事件发生频率符合指数形式:

其中,αβ为两个参数。那么,其累计分布函数就是Gum。el分布形式:

变量u代表年最大风速,因此F(x)表示一年内风速低于x值的概率。假设年最大风速之间是相互独立的,那么T年内风速不超过x值的概率等于FTx)。因此,T年最大风速uT的分布为

上式的形式仍然是Gumbel分布形式,只不过用β+αlnT替换了参数β,这使得计算十分方便。相反,我们可以识别哪种分布具有这一特性,即满足关系:

式中 f——单一变量的“通用”函数;

a(T)和b(T)——时间T的函数。(www.xing528.com)

Fisher和Tippet解决了这个问题,极值分布函数可以写成通用的形式:

a(T)=a(1)T-T

式中 c——形状参数。

1+cs>0为限制条件。c<0时,s有下边界;c>0时,s有上边界;当c趋近于0时,便得到Gumbel分布。应该注意的是,极值分布并非是万能的,不能说极值总是符合极值分布。如果x遵循某一极值分布,那么x的函数,如g(x),并不一定就遵循极值分布。相反的,我们总是能够找到一个函数g,使得g(x)遵循极值分布。只有当我们能够论证物理系统符合式(7-4)时,才能期望证明F为极值分布。另一方面,在处理极值时通常可获得的数据点很少,而不太可能拒绝x(或x2)符合极值分布。经验表明,用Gumbel分布拟合年风速最大值数据符合实用目的。

用通用的极值分布很有吸引力,因为它提供多一个拟合参数。但是当数据点较少时,存在过度拟合的风险,因此可能给出比Gumbel分布更差的拟合结果。

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